JP2014211128A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関に関し、保温したオイルを浪費することなく、ピストンの温度上昇を促進させられるようにすることを目的とする。
【解決手段】ピストン２４の頂面の中心領域と当該中心領域よりも外側の外周領域とに関する当該頂面の温度分布を推定する。内燃機関１０を潤滑するオイルを保温して貯留する構成を備える。上記中心領域に対応するピストン２４の裏面に対して保温オイルを噴射するための第１オイルジェット２６を含む構成を備える。上記外周領域に対応するピストン２４の裏面に対して保温オイルを噴射するための第２オイルジェット２８、３０を含む構成を備える。上記中心領域の温度が第１所定値よりも低い場合に、保温オイルを第１オイルジェット２６から噴射させ、前記外周領域の温度が第２所定値よりも低い場合に、保温オイルを第２オイルジェット２８、３０の一方もしくは双方から噴射させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関に係り、特に、ピストンに向けてオイルを噴射するオイルジェットを備える内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１には、内燃機関の潤滑装置が開示されている。この従来の潤滑装置は、内燃機関を潤滑するオイルを保温した状態で貯留する蓄熱容器を備え、燃焼室の温度に基づいて推定したピストンの温度が所定温度以下と判定したときに、電動ポンプを駆動して噴射手段（オイルジェット）に対し蓄熱容器内の保温オイルを供給することとしている。

特開２００３−１４８１２１号公報 特開２００６−１３２４１６号公報 特開２０１２−１４５０２１号公報 特開２００４−２８５９４４号公報 特開２０１０−２３６４３８号公報

内燃機関の再始動時におけるピストン頂面の温度は一様であるとは限られず、ピストン中心から縞状に温度分布が発生し得る。しかしながら、上記特許文献１に記載の内燃機関では、ピストン頂面の温度分布が考慮されていないため、ピストンを効果的に温められることができない可能性がある。すなわち、不必要な時、或いは不必要な場所に対してオイルを噴射してしまう可能性がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、保温したオイルを浪費することなく、ピストンの温度上昇を促進させられるようにした内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関であって、
筒内を往復移動するピストンと、
前記ピストンの頂面の中心領域と当該中心領域よりも外側の外周領域とに関する当該頂面の温度分布を推定するピストン温度分布推定手段と、
内燃機関を潤滑するオイルを保温して貯留するオイル貯留手段と、
前記中心領域に対応する前記ピストンの裏面に対して前記オイル貯留手段により保温された保温オイルを噴射するための第１保温オイル噴射手段と、
前記外周領域に対応する前記ピストンの裏面に対して前記保温オイルを噴射するための第２保温オイル噴射手段と、
前記中心領域の温度が第１所定値よりも低い場合に、前記保温オイルを前記第１保温オイル噴射手段から噴射させ、前記外周領域の温度が第２所定値よりも低い場合に、前記保温オイルを前記第２保温オイル噴射手段から噴射させるオイル噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ピストンは、軸方向の熱伝導率が前記頂面の径方向の熱伝導率よりも高くなるように構成されていることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記ピストンの頂部は、前記ピストンのスカート方向の熱伝導率よりもピストンピンの軸方向の熱伝導率の方が高くなるように構成されていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記外周領域は、吸気側に近い領域と排気側に近い領域とを含むことを特徴とする。

また、第５の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記内燃機関は、複数の気筒を一列に備えるものであって、
各気筒における前記外周領域は、前記複数の気筒の列方向の中心に近い側の領域と当該列方向の端に近い側の領域とを含むことを特徴とする。

また、第６の発明は、第１〜第５の発明の何れか１つにおいて、
前記ピストン温度分布推定手段は、エンジン冷却水温度と、前記内燃機関の運転停止時間とに基づいて、前記頂面の温度分布を推定することを特徴とする。

第１の発明によれば、ピストン頂面の温度分布の取得結果に応じて、温度の低い領域に対してのみ（すなわち、必要な時に必要な部位にのみ）、保温オイルが供給されるようになる。これにより、保温オイルを浪費することなく、ピストンの温度上昇を効果的に促進させられるようになる。

第２の発明によれば、異なる材料の接合によってピストンの内部の熱伝導率を異なるものとするという既存の手法に頼らずに、高温時のピストンの冷却性能と、始動時の燃料の気化性能とを両立させることができる。

第３の発明によれば、スカート部側から熱がシリンダ壁面に逃げにくくすることができる。その結果、ピストン頂面の中心領域にピストンキャビティ部が設けられる場合において、当該ピストンキャビティ部を温める際に、保温オイルの当たり方が多少悪い場合であってもピストンキャビティ部を広く温められるようになる。

第４の発明によれば、ピストン頂面における吸気側の外周領域と排気側の外周領域との間の温度差を的確に捉えたピストン頂面の温度分布を取得できるようになる。

第５の発明によれば、複数の気筒の列方向における配置場所の影響によって生ずる外周領域内の温度差を考慮してピストン温度の頂面分布をより的確に推定できるようになる。

第６の発明によれば、ピストン頂面の温度分布を正確に推定できるようになる。

本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 図１に示すオイルジェットにオイルを供給するための構成を説明するための図である。 ピストンの熱伝導特性を説明するための図である。 ピストンの熱伝導特性を説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるピストンの頂面温度の推定のための領域設定を表した図である。 ピストン頂面の温度分布の一例を表した図である。 ピストンの頂面温度の推定手法の一例を説明するための図である。 本発明の実施の形態１における特徴的なオイルジェット制御の具体的な内容を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンのフローチャートである。 ピストン頂面の温度推定のための領域設定のバリエーションを説明するための図である。

実施の形態１．
［内燃機関のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、一例として直列４気筒型エンジンであるものとする。内燃機関１０の各気筒内には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。

内燃機関１０の各気筒には、筒内（燃焼室１６内）に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁１８と、混合気に点火するための点火プラグ２０とが設けられている。また、各気筒内には、シリンダボア２２に沿って往復移動するピストン２４が配置されている。ピストン２４の頂面には、燃料噴射弁１８により噴射された燃料を案内するためのキャビティ２４ａが形成されている。更に、シリンダボア２２の下端部付近には、内燃機関１０を潤滑するためのオイルをピストン２４（の裏側）に向けて噴射するための第１オイルジェット２６および第２オイルジェット２８、３０が設置されている。これらのオイルジェット２６、２８、３０にオイルを供給するための構成については、図２を参照して後述する。

第１オイルジェット２６は、ピストン２４の中心領域Ａ（後述の図５参照）に向けてオイルを噴射できるように構成されている。より具体的には、第１オイルジェット２６は、オイルが流れるオイル通路２６ａを備えている。オイル通路２６ａの先端には、図１に示すように、噴出口が中心領域Ａの裏面に向くように設定されたノズル部２６ａ１が設けられている。また、オイル通路２６ａの途中には、当該オイル通路２６ａの開閉を担う電磁式（一例）の開閉弁２６ｂが設置されている。

第２オイルジェット２８、３０は、それぞれ、ピストン２４の外周領域Ｂ、Ｃ（後述の図５参照）に向けてオイルを噴射できるように構成されている。より具体的には、第２オイルジェット２８は、オイルが流れるオイル通路２８ａを備えている。オイル通路２８ａの先端には、図１に示すように、噴出口が第２外周領域Ｂの裏面に向くように設定されたノズル部２８ａ１が設けられている。また、オイル通路２８ａの途中には、当該オイル通路２８ａの開閉を担う電磁式（一例）の開閉弁２８ｂが設置されている。第２オイルジェット３０についても、第２オイルジェット２８と同様に、ノズル部３０ａ１を有するオイル通路３０ａと開閉弁３０ｂとを備えている。ただし、ノズル部３０ａ１は、噴出口が第３外周領域Ｃの裏面に向くように設定されている。

図２は、図１に示すオイルジェット２６、２８、３０にオイルを供給するための構成を説明するための図である。
内燃機関１０は、図２に示すように、内燃機関１０の各部を潤滑するオイルを溜めておくためのオイルパン３２を備えている。オイルパン３２内のオイルは、オイルポンプ３４によって汲み上げられて、内燃機関本体１０ａのシリンダブロック（図示省略）に形成されたメインギャラリー（図示省略）から内燃機関１０の各部に供給されるようになっている。内燃機関１０の各部を潤滑したオイルは、図２中に破線の矢印で示すように、内燃機関本体１０ａからオイルパン３２に戻されるようになっている。

オイルポンプ３４から内燃機関本体１０ａに向かう主オイル通路３６の途中には、副オイル通路３８の一端が接続されている。副オイル通路３８の他端は、蓄熱容器４０に接続されている。蓄熱容器４０は、オイルパン３２と独立して設けられ、オイルパン３２側から供給された高温のオイルを保温した状態で貯留するように構成されている。また、副オイル通路３８の途中には、当該副オイル通路３８を開閉するための電磁式（一例）の開閉弁４２が設置されている。これにより、開閉弁４２の開閉を制御することで、蓄熱容器４０へのオイルパン３２側からのオイルの供給と供給停止とを切り替えることができる。

蓄熱容器４０の内部には、蓄熱容器４０内に保温されたオイル（以下、単に「保温オイル」と略する場合がある）を各オイルジェット２６、２８、３０に向けて供給するためのオイル供給通路４４の一端が挿入されている。オイル供給通路４４の途中には、蓄熱容器４０内の保温オイルを汲み上げてオイルジェット２６等に向けて圧送するための電動ポンプ４６が設置されている。オイル供給通路４４は、電動ポンプ４６よりも各オイルジェット２６等に近い側において、三方に分岐している。分岐後のオイル供給通路４４の枝通路４４ａ、４４ｂ、４４ｃは、オイルジェット２６、２８、３０のオイル通路２６ａ、２８ａ、３０ａにそれぞれ接続されている。

更に、オイル供給通路４４の３つの枝通路４４ａ、４４ｂ、４４ｃには、一端が内燃機関本体１０ａ内のメインギャラリーに接続されたオイル通路４８の他端が接続されている。より具体的には、オイル通路４８は、その途中において三方に分岐しており、分岐後のオイル通路４８の枝通路４８ａ、４８ｂ、４８ｃが、オイル供給通路４４の枝通路４４ａ、４４ｂ、４４ｃにそれぞれ接続されている。オイル通路４８の枝通路４８ａ、４８ｂ、４８ｃの途中には、電磁式（一例）の開閉弁５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）がそれぞれ設置されている。また、図２に示す構成は、オイルパン３２内に貯留されたオイルの温度を検出するための温度センサ５２と、蓄熱容器４０内に貯留された保温オイルの温度を検出するための温度センサ５４とを備えている。

上記の構成によれば、第１オイルジェット２６を例に挙げると、開閉弁２６ｂを開き、かつ開閉弁５０ａを閉じた状態で電動ポンプ４６を駆動することにより、蓄熱容器４０内の保温オイルを第１オイルジェット２６に供給することができる。一方、開閉弁２６ｂを開き、かつ電動ポンプ４６を停止した状態で開閉弁５０ａを開くことにより、オイルパン３２側のオイルをメインギャラリーを介して第１オイルジェット２６に供給することができる。このように、上述した構成によれば、第１オイルジェット２６に供給されるオイルを、保温オイルとオイルパン３２内のオイルとの間で任意に切り替えることができる。また、上記温度センサ５２、５４を用いてオイルパン３２内のオイルおよび保温オイルの温度の状況を把握することにより、より温度の高いオイルを選択したオイルの噴射を行うことが可能となる。以上のことは、他の第２オイルジェット２８、３０についても同様である。

図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力部には、上述した温度センサ５２、５４に加え、エンジン冷却水温度を検出するための水温センサ６２等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力部には、上述した燃料噴射弁１８、点火プラグ２０、開閉弁２６ｂ、２８ｂ、３０ｂ、４２、５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）および電動ポンプ４６等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサの出力と所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。

［実施の形態１のピストンの熱伝導特性］
図３および図４は、ピストン２４の熱伝導特性を説明するための図である。より具体的には、図３は、ピストン２４をその中心軸に沿って切断した断面図であり、図４は、ピストン２４を底面方向から見た図である。
ピストン２４は、熱伝導率に異方性を有している。より具体的には、ピストン２４は、図３に示すように、軸方向の熱伝導率が頂面の径方向の熱伝導率よりも高くなるように構成されている。

また、図４に示すように、ピストン２４の側周面には、互いに対向するように一対のスカート部２４ｂが形成されているとともに、底面方向から見てスカート部２４ｂと直交する方向において互いに対向するように一対のピンボス部２４ｃが形成されている。ピンボス部２４ｃには、ピストン２４とコンロッド（図示省略）とを係合するためのピストンピン（図示省略）が挿入される。本実施形態のピストン２４は、図４に示すように、ピストン２４のスカート方向の熱伝導率よりもピストンピンの軸方向の熱伝導率の方が高くなるように構成されている。

上述した熱伝導率の異方性は、例えば、ピストン２４の材質として次のような構成のアルミニウム炭素（黒鉛）複合材を利用して実現することができる。より具体的には、金属であるアルミニウムと黒鉛との複合材料を用いることによって材料に次のような熱伝導率の異方性を持たせることができる。通常、金属材料の熱伝導率は方向に依らずに同じ値を示す。上記複合材料における熱伝導率の異方性は、黒鉛粒子の特性に関係している。黒鉛は炭素原子からなる六角形の網状構造をしている。この構造では、隣接する六角形環同士（ＸＹ平面方向）の結合は強固な結合（共有結合）となり、それに直行する方向（積層方向（Ｚ方向））の結合は弱い結合（ファンデルワールス力）となる。上記複合材料は、このような構造の黒鉛をアルミニウム中に配向させたものである。その結果、当該複合材料の熱伝導率は、黒鉛の性質を引き継ぎ、ＸＹ平面内では高い熱伝導率を示し、これに直交する積層方向（Ｚ方向）ではＸＹ平面内と比べて低い熱伝導率を示すこととなる。したがって、このような複合材料の積層方向（Ｚ方向）がピストン２４のスカート方向となるように複合材料の向きを特定した状態でピストン２４を形成することによって、図４に示す熱伝導率の異方性をピストン２４に持たせることが可能となる。

図５は、本発明の実施の形態１におけるピストン２４の頂面温度の推定のための領域設定を表した図である。図６は、ピストン頂面の温度分布の一例を表した図である。
本実施形態では、ピストン２４の頂面温度を図５に示すような領域に分割して推定することとしている。具体的には、ピストン頂面の中心領域Ａと、当該中心領域Ａの外側に位置する２つの外周領域Ｂ、Ｃとが設定されている。第１外周領域Ｂは、吸気弁が備えられる吸気側の領域であり、第２外周領域Ｃは、排気弁が備えられる排気側の領域である。尚、図１、３、６および８に付された符号Ａ〜Ｃは、図５において各領域に対して付した符号Ａ〜Ｃと対応しているものとする。

内燃機関１０の運転中に燃焼ガスに曝されるピストン２４には、温度分布が生じ得る。本実施形態のピストン２４は、上述した熱伝導率の異方性を有しているため、軸方向への熱伝導性と比べ、頂面の径方向（より詳細にはスカート方向（ピストン頂面の吸気側と排気側とを結ぶ方向）の熱伝導性が良くない。このため、図６に示すように、ピストン２４の頂面温度の分布としては、中央部（中心領域Ａ）の温度がその周囲の外周領域Ｂ、Ｃの温度よりも高くなる。

［ピストンの頂面温度の推定手法］
図７は、ピストン２４の頂面温度の推定手法の一例を説明するための図である。
図７は、縦軸としてピストン頂面のある部位の温度をとり、横軸として内燃機関１０の運転停止時間（停止時点からの経過時間）をとったものである。図７に示すように、内燃機関１０が停止した後のピストン頂面の温度は、外気の温度に向けて運転停止時間の経過とともに下がっていく。この場合の温度低下の度合いは、内燃機関１０の停止時のエンジン冷却水温度に応じて異なるものとなる。より具体的には、図７に示すように、時間経過に伴う温度低下の度合いは、停止時のエンジン冷却水温度が低いほど大きくなる。

そこで、本実施形態では、温度推定の対象となる上記中心領域Ａ、第１外周領域Ｂおよび第２外周領域Ｃ（のそれぞれの代表点）に対して、図７に示すような停止時のエンジン冷却水温度と運転停止時間とに対する温度の関係を事前に実験式化もしくはマップ化しておくようにした。そして、内燃機関１０の再始動時に、水温センサ６２を用いて停止時に取得しておいたエンジン冷却水温度と運転停止時間とに基づいて各領域Ａ〜Ｃの温度を算出することによって、ピストン頂面の温度分布を推定するようにした。

［実施の形態１における特徴的なオイルジェット制御］
図８は、本発明の実施の形態１における特徴的なオイルジェット制御の具体的な内容を説明するための図である。
図１および図２を参照して既述したように、内燃機関１０は、ピストン頂面の中心領域Ａ、第１外周領域Ｂおよび第２外周領域Ｃのそれぞれに対応するピストン２４の裏面に向けて保温オイルを噴射可能なオイルジェット２６、２８、３０を備えている。そこで、本実施形態では、内燃機関１０の再始動時におけるピストン頂面の温度取得結果に応じて、次のような態様で保温オイルを噴射するようにした。

図８（Ａ）に示すパターン１は、始動時における領域Ａ〜Ｃのすべての温度がオイルジェット実行の要否を判定するための所定の閾値よりも高い場合のものである。この場合には、何れの領域に対しても保温オイルの噴射は実施されない。

図８（Ｂ）に示すパターン２は、始動時における中心領域Ａの温度が閾値よりも高く、第１および第２外周領域Ｂ、Ｃの温度が閾値よりも低い場合のものである。この場合には、第１および第２外周領域Ｂ、Ｃの裏面に対して第２オイルジェット２８、３０を用いてそれぞれ保温オイルの噴射が実施される。このように、本実施形態の内燃機関１０は、外周領域Ｂ、Ｃのそれぞれに対して個別に保温オイルを噴射可能な第２オイルジェット２８、３０を中心領域Ａ用の第１オイルジェット２６とは別に備えているため、必要に応じて外周領域Ｂ、Ｃのみに対して保温オイルを噴射させられるようになる。これにより、ピストンキャビティ部（中心領域Ａ）の温度を高く維持したまま、スキッシュ部として機能するピストン外周部（外周領域Ｂ、Ｃ）を温められるようになる。これにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを低減することができる。

図８（Ｃ）に示すパターン３は、始動時における領域Ａ〜Ｃのすべての温度が閾値よりも低い場合のものである。この場合には、中心領域Ａの裏面に対してのみ第１オイルジェット２６を用いて保温のオイルの噴射が実施される。中心領域Ａの裏面への保温オイルの噴射を優先する理由は、燃料噴射弁１８により噴射された燃料は、中心領域Ａに位置するキャビティ２４ａに当たることになるので、当該中心領域Ａの裏面を再始動時に確実に温めておくことで燃料の気化を促進し、排気ガス中に含まれるＨＣおよびＣＯを低減することができるためである。ただし、十分な量の保温オイルが確保されている場合であれば、第１および第２外周領域Ｂ、Ｃの裏面に対しても保温オイルの噴射を実施してもよい。

図８（Ｄ）に示すパターンＤは、始動時において吸気側の第１外周領域Ｂと排気側の第２外周領域Ｃとの間で頂面温度に差が生じている場合のものである。このように吸気側と排気側とで温度に差が生ずることが想定される。この場合には、閾値よりも温度の低い吸気側の第１外周領域Ｂに対してのみ保温オイルの噴射が実施される。

図９は、本発明の実施の形態１におけるオイルジェット制御を実現するためにＥＣＵ６０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０の始動時に起動され、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

図９に示すルーチンでは、先ず、ピストン頂面の温度分布が、上述した手法に従って運転停止時のエンジン冷却水温度と運転停止時間とに基づいて取得（推定）される（ステップ１００）。

次に、ピストンキャビティ部（中心領域Ａ）の温度が第１所定値よりも低いか否かが判定される（ステップ１０２）。本ステップ１０２における第１所定値は、中心領域Ａに対して保温オイルを用いたオイルジェットを行う必要があるか否かを判断するための温度閾値として予め設定された値である。

上記ステップ１０２の判定が成立する場合、つまり、上記パターン３に該当する場合には、第１オイルジェット２６を用いて保温オイルがピストンキャビティ部の背面に噴射される（ステップ１０４）。

一方、上記ステップ１０２の判定が不成立となる場合には、次いで、ピストン外周部（第１および第２外周領域Ｂ、Ｃのうちの少なくとも一方）の温度が第２所定値よりも低いか否かが判定される（ステップ１０６）。本ステップ１０６における第２所定値も上記第１所定値と同様の考えに基づいて設定されたものである。第１所定値と第２所定値とは同じ値であってもよいし、異なっていてもよい。

上記ステップ１０６の判定が成立する場合、つまり、上記パターン２もしくは４などに該当する場合には、第２オイルジェット２８および３０のうちの少なくとも一方を利用して、対象となる（すなわち、領域Ｂ、Ｃのうちで第２所定値を下回った一方もしくは双方の）外周部背面に向けて保温オイルが噴射される（ステップ１０８）。

一方、上記ステップ１０６の判定が不成立となる場合、つまり、上記パターン１に該当する場合には、保温オイルの噴射が、実行中であれば停止され、もしくは不実行とされる（ステップ１１０）。

以上説明した本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０の始動時には、ピストン頂面における中心領域Ａの温度が第１所定値よりも低い場合には、保温オイルが中心領域Ａの裏面に対して第１オイルジェット２６から噴射され、外周領域ＢおよびＣのうちの少なくとも一方の温度が第２所定値よりも低い場合には、対象となる第２オイルジェット２８、３０から保温オイルが外周領域ＢおよびＣのうちの少なくとも一方に対して噴射される。このように、本システムによれば、ピストン頂面の温度分布を考慮して、閾値よりも温度の低い領域に対してのみ（すなわち、必要な時に必要な部位にのみ）、保温オイルが供給されるようになる。これにより、保温オイルを浪費することなく、始動時にピストン２４の温度上昇を効果的に促進させられるようになる。その結果、始動時に燃料の気化を促進することができるので、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを低減することができる。

また、本実施形態で用いられるピストン２４は、図３を参照して既述したように、軸方向の熱伝導率が頂面の径方向の熱伝導率よりも高くなるように構成されている。このような熱伝導率の異方性を有するピストン２４を備えた内燃機関１０に対して上述したオイルジェット制御を行うことにより、次のような効果を奏することができる。すなわち、上記異方性を持たせたことにより、ピストン２４が高温となる運転条件においては、ピストン頂部からピストン下部への熱伝導性の高さを利用してピストン頂部の熱をピストン下部側に逃がし易くすることができ、ピストン頂部の冷却性能を確保することができる。そして、始動時には、上述したオイルジェット制御により、ピストン頂面における低温の部位を効果的に温めることによって燃料の気化を促進することができる。したがって、異なる材料の接合によってピストンの内部の熱伝導率を異なるものとするという既存の手法に頼らずに、高温時のピストン２４の冷却性能と、始動時の燃料の気化性能とを両立させることができる。

更に、本実施形態で用いられるピストン２４は、図４を参照して既述したように、ピストン２４のスカート方向の熱伝導率よりもピストンピンの軸方向の熱伝導率の方が高くなるように構成されている。このような構成によれば、スカート部２４ｂ側から熱がシリンダ壁面に逃げにくくすることができる。その結果、ピストンキャビティ部（中心領域Ａ）を温める際に、保温オイルの当たり方が多少悪い場合であってもピストンキャビティ部を広く温められるようになる。

また、本実施形態では、外周領域として、吸気側の第１外周領域Ｂと排気側の第２外周領域Ｃとを設定している。図８（Ｄ）を参照して既述したパターンＤのケースがそうであるように、相対的に低温となる吸気を燃焼室１６内に導入する吸気通路１２に近い側の第１外周領域Ｂと、相対的に高温となる排気を燃焼室１６から排出する排気通路１４に近い側の第２外周領域Ｃとでは、ピストン頂面の温度に差が生ずる場合がある。本実施形態の外周領域Ｂ、Ｃの設定によれば、そのような温度の差を的確に捉えたピストン頂面の温度分布を取得できるようになる。

ところで、上述した実施の形態１においては、図５に示すように、ピストン頂面の温度分布の推定に関し、中心領域Ａと２つの第１および第２外周領域Ｂ、Ｃとを設定することとしている。しかしながら、本発明におけるピストン頂面の外周領域の設定手法は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、次の図１０中の各図に表されたようなものであってもよい。

図１０は、ピストン頂面の温度推定のための領域設定のバリエーションを説明するための図である。
図１０（Ａ）に示す設定例では、外周領域は、Ｂ〜Ｄの４つの領域に（等角度で）分割されて備えられている。第１外周領域Ｂは、吸気側に近い領域であり、第２外周領域Ｃは、排気側に近い領域である。第３外周領域Ｃは、直列４気筒型である内燃機関１０において一列に配置された４つの気筒の列方向の中心に近い側の領域であり、第４外周領域Ｄは、この列方向の端に近い側の領域である。したがって、端から順に気筒の番号を＃１〜＃４とした場合には、第３外周領域Ｃとしては、＃１気筒においては＃２気筒に近い側の領域が該当し、＃２気筒においては＃３気筒に近い側の領域が該当し、＃３気筒においては＃２気筒に近い側の領域が該当し、＃４気筒においては＃３気筒に近い側の領域が該当することになる。また、各気筒における第４外周領域Ｄとしては、上記のように特定された各気筒における第３外周領域Ｃに対して反対側の領域が該当する。

直列４気筒型に限らず、複数の気筒が一列に並んで配置されている内燃機関においては、各気筒のピストン頂面は、通常、列方向の中心側の領域の方が端側の領域よりも温度が高くなる。したがって、上記図１０（Ａ）に示す設定例のように外周領域Ｂ〜Ｄを設定することにより、気筒の列方向における配置場所の影響によって生ずる上記の温度差を考慮してピストン温度の頂面分布をより的確に推定できるようになる。

図１０（Ｂ）に示す設定例は、外周領域として、単一の外周領域Ｂのみを備えるものである。以上のように、外周領域は、必要に応じて、１または任意の複数に分割された領域として設定してもよい。

また、上述した実施の形態１においては、ピストン２４に持たせる熱伝導率の異方性として、上記図３に示す性質（軸方向と頂面の径方向との間での熱伝導率の違い）とともに、上記図４に示す性質（スカート方向とピストンピン方向との間での熱伝導率の違い）が用いられている。しかしながら、本発明においてピストンに対して上記図３に示す性質を持たせている場合には、必ずしも上記図４に示す性質までも持たせておく必要はない。すなわち、上記図３に示す性質をピストンに持たせておく場合には、例えば、ピストンの軸方向の熱伝導率が頂面の径方向の全体の熱伝導率よりも高くなる構成であってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「ピストン温度分布推定手段」が実現されており、ＥＣＵ６０が上記ステップ１０２または１０６の判定結果に応じて上記ステップ１０４または１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「オイル噴射制御手段」が実現されている。また、副オイル通路３８、蓄熱容器４０および開閉弁４２が前記第１の発明における「オイル貯留手段」に相当し、オイル供給通路４４（枝通路４４ａ）、電動ポンプ４６および第１オイルジェット２６が前記第１の発明における「第１保温オイル噴射手段」に相当し、オイル供給通路４４（枝通路４４ｂ、４４ｃ）、電動ポンプ４６および第２オイルジェット２８、３０が前記第１の発明における「第２保温オイル噴射手段」に相当している。

１０ 内燃機関
１０ａ 内燃機関本体
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ 燃焼室
１８ 燃料噴射弁
２０ 点火プラグ
２２ シリンダボア
２４ ピストン
２４ａ ピストンのキャビティ
２４ｂ ピストンのスカート部
２４ｃ ピストンのピンボス部
２６ 第１オイルジェット
２６ａ 第１オイルジェットのオイル通路
２６ａ１ 第１オイルジェットのオイル通路のノズル部
２６ｂ 第１オイルジェットの開閉弁
２８、３０ 第２オイルジェット
２８ａ、３０ａ 第２オイルジェットのオイル通路
２８ａ１、３０ａ１ 第２オイルジェットのオイル通路のノズル部
２８ｂ、３０ｂ 第２オイルジェットの開閉弁
３２ オイルパン
３４ オイルポンプ
３６ 主オイル通路
３８ 副オイル通路
４０ 蓄熱容器
４２ 開閉弁
４４ オイル供給通路
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ オイル供給通路の枝通路
４６ 電動ポンプ
４８ オイル通路
４８ａ、４８ｂ、４８ｃ オイル通路の枝通路
５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ） 開閉弁
５２、５４ 温度センサ
６０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６２ 水温センサ

Claims (6)

1. 筒内を往復移動するピストンと、
   前記ピストンの頂面の中心領域と当該中心領域よりも外側の外周領域とに関する当該頂面の温度分布を推定するピストン温度分布推定手段と、
   内燃機関を潤滑するオイルを保温して貯留するオイル貯留手段と、
   前記中心領域に対応する前記ピストンの裏面に対して前記オイル貯留手段により保温された保温オイルを噴射するための第１保温オイル噴射手段と、
   前記外周領域に対応する前記ピストンの裏面に対して前記保温オイルを噴射するための第２保温オイル噴射手段と、
   前記中心領域の温度が第１所定値よりも低い場合に、前記保温オイルを前記第１保温オイル噴射手段から噴射させ、前記外周領域の温度が第２所定値よりも低い場合に、前記保温オイルを前記第２保温オイル噴射手段から噴射させるオイル噴射制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記ピストンは、軸方向の熱伝導率が前記頂面の径方向の熱伝導率よりも高くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ピストンの頂部は、前記ピストンのスカート方向の熱伝導率よりもピストンピンの軸方向の熱伝導率の方が高くなるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記外周領域は、吸気側に近い領域と排気側に近い領域とを含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関。
5. 前記内燃機関は、複数の気筒を一列に備えるものであって、
   各気筒における前記外周領域は、前記複数の気筒の列方向の中心に近い側の領域と当該列方向の端に近い側の領域とを含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関。
6. 前記ピストン温度分布推定手段は、エンジン冷却水温度と、前記内燃機関の運転停止時間とに基づいて、前記頂面の温度分布を推定することを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の内燃機関。

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